RU2718144C1 - Method of classification, determination of coordinates and parameters of movement of a noisy object in the infrasound frequency range - Google Patents

Method of classification, determination of coordinates and parameters of movement of a noisy object in the infrasound frequency range Download PDF

Info

Publication number
RU2718144C1
RU2718144C1 RU2019130750A RU2019130750A RU2718144C1 RU 2718144 C1 RU2718144 C1 RU 2718144C1 RU 2019130750 A RU2019130750 A RU 2019130750A RU 2019130750 A RU2019130750 A RU 2019130750A RU 2718144 C1 RU2718144 C1 RU 2718144C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
noisy
frequency
parameters
determining
sonogram
Prior art date
Application number
RU2019130750A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Анатольевич Касаткин
Сергей Борисович Касаткин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority to RU2019130750A priority Critical patent/RU2718144C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2718144C1 publication Critical patent/RU2718144C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: hydro acoustics.
SUBSTANCE: invention relates to the field of hydroacoustics and can be used for development of classification systems, determination of coordinates and parameters of motion of noisy objects in the sea in the infrasonic range of frequencies. Method of classification, determination of coordinates and parameters of motion of noisy objects in sea includes reception of noise emission signals by hydroacoustic combined receiver, spectral analysis of received signals, determination of mutual and autospectrums for 16 information parameters, which make a complete description of the sound field using scalar, vector and tensor values, plotting a sonogram of the sound field at the output of the comparator, selecting in the current set of mutual and autospectrum an informative parameter to which the maximum signal-to-interference ratio corresponds, determining at sonogram first vane and the first rotary shaft Valenod frequency-blade scale, determining the number of revolutions of the shaft and propeller blades, determining a calibration coefficient M=(v/N1K)kn, where v is speed of known object, N4, K is rpm on shaft and number of blades of screw of known object, determination of speed of noisy object by formula v=MN1K, where N1, K is the number of revolutions per minute on the shaft and the number of blade blades of the noisy object, determining by the sonogram the invariant of the interference structure, and if the invariant takes negative values, the noisy object is classified as an underwater object, determining bearing on a noisy object using horizontal components of an intensity vector, determining distance to a noisy object using an invariant, object speed and information on the angular position of the trajectory of the noisy object relative to the combined receiver.
EFFECT: technical result consists in increase in noise-immunity of receiving hydroacoustic antenna in the presence of near navigation noise, in increasing probability of correct classification and reduction of error in determining coordinates and parameters of motion of noisy objects in sea in passive mode.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для разработки систем классификации, определения координат и параметров движения шумящих в море объектов в инфразвуковом диапазоне частот.The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used to develop classification systems, determine the coordinates and motion parameters of objects that are noisy in the sea in the infrasonic frequency range.

Известен способ определения дистанции до шумящего в море объекта в пассивном режиме (патент РФ №2559310, МПК G01S, 3/80, (2006/01), опубликован 10.08.2015 г., бюл. №22), в котором принимают сигналы шумоизлучения половинами гидроакустической приемной антенной, выполняют спектральный анализ принятых сигналов, измеряют взаимные спектры сигналов, принятых половинами гидроакустической антенны, измеряют автокорреляционную функцию (АКФ), измеряют ширину автокорреляционной функции ΔТизм., определяют калибровочный коэффициент М=(Д/ΔТ)изв, где Дизв. - известная дистанция обнаружения цели фиксированной шумности с известным спадом спектра, ΔТизв - ширина основного максимума АКФ, соответствующего известной дистанции, определяют дистанцию до цели по формуле Д=ΔТизмМ.A known method of determining the distance to a noisy object in the sea in passive mode (RF patent No. 2559310, IPC G01S, 3/80, (2006/01), published 08/10/2015, bull. No. 22), in which noise signals are received in half sonar receiving antenna, perform a spectral analysis of the received signals, measure the mutual spectra of the signals received by the halves of the sonar antenna, measure the autocorrelation function (ACF), measure the width of the autocorrelation function ΔT meas. , determine the calibration coefficient M = (D / ΔT) Iz , where D Iz. - the known target detection distance of a fixed noise with a known spectrum drop, ΔT iz - the width of the main ACF maximum corresponding to the known distance, the distance to the target is determined by the formula D = ΔT Izm M.

Недостатком данного способа является необходимость наличия двух половин одной приемной антенны, что снижает ее энергетический потенциал, а также большая погрешность определения дистанции до шумящего объекта при наличии шумов ближнего судоходства, которые искажают форму АКФ.The disadvantage of this method is the need for two halves of one receiving antenna, which reduces its energy potential, as well as a large error in determining the distance to a noisy object in the presence of short-range shipping noise that distort the shape of the ACF.

Известен также способ классификации шумящих объектов в пассивном режиме (патент РФ №2570430, МПК G01S, 3/80, (2006/01), опубликован 10.12.2015 г., бюл. №34), в котором принимают сигналы шумоизлучения одной гидроакустической приемной антенной, осуществляют последовательный набор временных реализаций, выполняют спектральный анализ принятых сигналов, измеряют взаимные спектры между каждыми, следующими друг за другом, последовательными наборами временных реализаций, производят накопление выделенных последовательных взаимных спектров, определяют автокорреляционную функцию (АКФ) от накопленного взаимного спектра, определяют количество источников шумоизлучения по виду автокорреляционной функции и при наличии одного источника шумоизлучения производят классификацию шумящего объекта по ширине автокорреляционной функции или по ее несущей частоте. Данное изобретение является наиболее близким к заявленному изобретению, т.е. является прототипом.There is also a method for classifying noisy objects in passive mode (RF patent No. 2570430, IPC G01S, 3/80, (2006/01), published December 10, 2015, bull. No. 34), in which noise signals are received by one hydroacoustic receiving antenna , a sequential set of time realizations is carried out, spectral analysis of the received signals is performed, mutual spectra are measured between each successive successive sets of temporal realizations, the selected sequential mutual spectra are accumulated, autocorr is determined lational function (ACF) from the accumulated cross spectrum, determine the amount of noise emission sources in form of the autocorrelation function in the presence of a source of noise emission produced by an object classification noisy width of the autocorrelation function or by its carrier frequency. This invention is the closest to the claimed invention, i.e. is a prototype.

Недостатком этого изобретения является малая вероятность правильной классификации шумящего объекта при наличии шумов ближнего судоходства, которые искажают форму АКФ, а также невозможность более полной классификации шумящего объекта, которая включала бы классификацию объектов на надводные и подводные, классификацию по скорости движения объекта и по его координатам в инфразвуковом диапазоне частот.The disadvantage of this invention is the low probability of a correct classification of a noisy object in the presence of near navigation noise that distort the shape of the ACF, as well as the impossibility of a more complete classification of a noisy object, which would include a classification of objects into surface and underwater, classification according to the speed of the object and its coordinates in infrasonic frequency range.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является увеличение помехоустойчивости приемной гидроакустической антенны при наличии шумов ближнего судоходства, увеличение числа классификационных признаков шумящего объекта и вероятности правильной классификации, а также уменьшение погрешности определения координат и параметров движения шумящего объекта в инфразвуковом диапазоне частот.The problem to which this invention is directed is to increase the noise immunity of a receiving hydroacoustic antenna in the presence of near navigation noise, increase the number of classification features of a noisy object and the likelihood of correct classification, as well as reduce the error in determining the coordinates and motion parameters of a noisy object in the infrasonic frequency range.

Для решения этой задачи в заявленном способе классификации, определения координат и параметров движения шумящего в море объекта в инфразвуковом диапазоне частот, включающем прием гидроакустического шумового сигнала гидроакустической приемной антенной, сопровождение шумящего объекта, спектральный анализ сигнала в широкой полосе частот, измерение взаимного спектра между гидроакустическими шумовыми сигналами, принятыми гидроакустической приемной антенной, накопление взаимных спектров и классификацию шумящего объекта, введены новые признаки, а именно: в качестве гидроакустической приемной антенны используют скалярно - векторный комбинированный приемник градиента давления, формируют спектры суммарного процесса сигнал плюс помеха S+N для полного набора 16 информативных параметров, характеризующих звуковое поле, формируют спектры помехи N для полного набора 16 информативных параметров, формируют отношение сигнал-помеха S/N для полного набора 16 информативных параметров, выбирают в компараторе дискретные составляющие, которым соответствуют максимальные значения отношения S/N из 16 возможных, определяют на сонограмме, построенной на выходе компаратора, гармонический ряд лопастных частот fmax(nК), n=1, 2, 3 и т.д., К - предполагаемое число лопастей винта, которым соответствуют максимальные значения отношения S/N, а минимальную из них принимают за первую лопастную частоту fл(К), находят в спектре сигнала на выходе компаратора минимальную разностную частоту f(nК)- f(nК-1), которую принимают за первую вальную частоту f1=f(nК)-f(nК-1), n=1, 2, 3 и т.д., определяют значение числа лопастей винта К по формуле К=fл/f1, определяют число оборотов в минуту на валу N4=60f1, определяют калибровочный коэффициент M=(v/N1K)изв, где v - скорость известного объекта, N1, K - число оборотов в минуту на валу и число лопастей винта известного объекта, определяют скорость шумящего объекта по формуле v=MN1K, где N1, K - число оборотов в минуту на валу и число лопастей винта шумящего объекта, определяют на сонограмме, построенной на выходе компаратора, значение инварианта по формулеTo solve this problem, in the claimed method of classification, determination of coordinates and motion parameters of an object that is noisy at sea in the infrasonic frequency range, including receiving a hydroacoustic noise signal with a hydroacoustic receiving antenna, tracking a noisy object, spectral analysis of a signal in a wide frequency band, measuring the mutual spectrum between hydroacoustic noise the signals received by the hydroacoustic receiving antenna, the accumulation of mutual spectra and the classification of a noisy object, new signs, namely: a scalar - vector combined pressure gradient receiver is used as a hydroacoustic receiving antenna, spectra of the total signal plus interference S + N process are formed for a complete set of 16 informative parameters characterizing the sound field, interference patterns N are formed for a complete set of 16 informative parameters , form the signal-to-noise ratio S / N for a complete set of 16 informative parameters, select the discrete components in the comparator, which correspond to the maximum values of the ratio S / N out of 16 possible ones, determine on the sonogram built at the output of the comparator, the harmonic row of blade frequencies f max (nК), n = 1, 2, 3, etc., K is the estimated number of rotor blades to which the maximum values of the S / N ratio, and the minimum of them is taken as the first blade frequency f l (K), find in the signal spectrum at the output of the comparator the minimum difference frequency f (nK) - f (nK-1), which is taken as the first shaft frequency f 1 = f (nK) -f (nK-1), n = 1, 2, 3, etc., determine the value of the number of propeller blades K by the formula K = f l / f 1 , determine the number of revolutions ppm on the shaft N 4 = 60f 1 , determine the calibration coefficient M = (v / N 1 K) izv , where v is the speed of a known object, N 1 , K is the number of revolutions per minute on the shaft and the number of rotor blades of a known object, determine the speed of the noisy object by the formula v = MN 1 K, where N 1 , K is the number of revolutions per minute on the shaft and the number of rotor blades of the noisy object, determine the value of the invariant on the sonogram constructed at the output of the comparator by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где f - текущее значение частоты максимума спектральной плотности мощности на сонограмме, построенной на выходе компаратора, Δf=f1 - изменение частоты максимума при движении шумящего объекта, t - текущее значение времени сопровождения шумящего объекта, tтр - момент времени, соответствующий траверзу, Δt изменение времени, соответствующее изменению частоты максимума спектральной плотности мощности на сонограмме на величину Δf=f1, и если инвариант принимает отрицательные значения, классифицируют шумящий объект как подводный объект, измеряют величины приращения компонент вектора интенсивности ΔIx, ΔIy по формуламwhere f is the current value of the frequency frequency maximum of the power spectral density in the sonogram constructed at the output of the comparator, Δf = f 1 is the change in the frequency of the maximum during the movement of the noisy object, t is the current value of the tracking time of the noise object, t tr is the time moment corresponding to the traverse, Δt time change corresponding to the change of the power spectral density maximum frequency sonogram an amount Δf = f 1 and becomes negative if invariant values are classified noisy object as the underwater object is measured elichiny increment component intensity vector ΔI x, ΔI y according to the formulas

ΔIx=Ix(t-tтр+Δt)-Ix(t-tтр), ΔIy=Iy(t-tтр+Δt)-Iy(t-tтр),ΔI x = I x (tt tr + Δt) -I x (tt tr ), ΔI y = I y (tt tr + Δt) -I y (tt tr ),

определяют текущие значения дистанции до шумящего объекта D(t) и пеленга на шумящий объект ϕ(t) по формуламdetermine the current values of the distance to the noisy object D (t) and the bearing to the noisy object ϕ (t) according to the formulas

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Технический результат заявленного способа заключается в том, что оп позволяет значительно увеличить помехоустойчивость приемной антенны в инфразвуковом диапазоне частот без увеличения ее апертуры, а только за счет увеличения числа информативных параметров, максимальное число которых равно 16, и повысить отношение сигнал-помеха на выходе компаратора. В свою очередь, увеличение числа информативных параметров позволяет увеличить вероятность правильной классификации шумящего объекта в инфразвуковом диапазоне частот путем измерения числа оборотов в минуту гребного вала, числа лопастей винта шумящего объекта, а также скорости его движения. Кроме того, анализ сонограммы, измеренной на выходе компаратора, позволяет оценить инвариант интерференционной структуры и его знак. (Акустика океана. Современное состояние. М. Наука. 1982. С. 71-91.) В свою очередь, информация о знаке инварианта позволяет выполнить дихотомическую классификацию шумящих объектов на надводные и подводные, а также уменьшить погрешность определения координат и параметров движения шумящего объекта.The technical result of the claimed method is that op can significantly increase the noise immunity of the receiving antenna in the infrasonic frequency range without increasing its aperture, but only by increasing the number of informative parameters, the maximum number of which is 16, and increasing the signal-to-noise ratio at the output of the comparator. In turn, an increase in the number of informative parameters makes it possible to increase the probability of correct classification of a noisy object in the infrasonic frequency range by measuring the number of revolutions per minute of the propeller shaft, the number of rotor blades of the noisy object, and its speed. In addition, the analysis of the sonogram measured at the output of the comparator allows us to evaluate the invariant of the interference structure and its sign. (Ocean acoustics. Current state. M. Nauka. 1982. P. 71-91.) In turn, information on the sign of the invariant allows one to perform a dichotomous classification of noisy objects into surface and underwater ones, as well as reduce the error in determining the coordinates and motion parameters of a noisy object .

Сущность заявленного изобретения поясняются чертежами, где на фиг. 1 представлена блок схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 представлена 3D сонограмма звукового поля шумящего в море объекта в координатах частота - время наблюдения объекта - отношение S/N на выходе компаратора; на фиг. 3 представлена геометрия движения шумящего объекта относительно комбинированного приемника.The essence of the claimed invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the method; in FIG. 2 presents a 3D sonogram of the sound field of an object noisy in the sea in coordinates of frequency — object observation time — S / N ratio at the output of the comparator; in FIG. 3 shows the motion geometry of a noisy object relative to a combined receiver.

На чертежах обозначены следующие элементы:In the drawings, the following elements are indicated:

1 - комбинированный приемник;1 - combined receiver;

2 - 4-х канальный полосовой фильтр;2 - 4-channel bandpass filter;

3 - 4-х канальный аналого-цифровой преобразователь;3 - 4-channel analog-to-digital converter;

4 - анализатор спектра;4 - spectrum analyzer;

5 - формирователь спектров суммарного процесса сигнал + помеха (S+N) для полного набора информативных параметров;5 - shaper of spectra of the total signal + interference (S + N) process for a complete set of informative parameters;

6 - формирователь спектра помехи N;6 - shaper spectrum interference N;

7 - формирователь отношения сигнал-помеха (S/N) по всем информативным параметрам;7 - shaper signal-to-noise ratio (S / N) for all informative parameters;

8 - компаратор;8 - a comparator;

9 - блок выделения ряда гармоник fmax (nK);9 - block selection of a number of harmonics fmax (nK);

10 - блок выделения разностных частот f(nK)-f(nК-1);10 - block allocation of differential frequencies f (nK) -f (nK-1);

11 - блок определения скорости движения шумящего объекта;11 - block determining the speed of a noisy object;

12 - блок классификации и определения координат и параметров движения цели.12 - block classification and determination of coordinates and motion parameters of the target.

Заявленный способ классификации, определения координат и параметров движения шумящего в море объекта в инфразвуковом диапазоне частот реализуется следующим образом.The claimed method of classification, determination of coordinates and motion parameters of an object noisy in the sea in the infrasonic frequency range is implemented as follows.

Звуковой сигнал от шумящего объекта принимается комбинированным приемником 1, с выхода которого сигнал поступает на вход 4-х канального полосового фильтра 2 и далее на вход 4-х канального аналогово-цифрового преобразователя 3. С выхода аналогово-цифрового преобразователя 3 сигналы в цифровом виде поступают на вход анализатора 4 спектра, в котором на основе БПФ находятся текущие спектры звукового давления р(ω)=p1(ω)+ip2(ω) и трех компонент вектора градиента давления g(ω)=g1(ω)+ig2(ω). Сигналы с выхода анализатора 4 спектра поступают на вход формирователя 5 спектров суммарного процесса сигнал плюс помеха (S+N) для полного набора информативных параметров, число которых равно 16, характеризующих звуковое поле шумящего объекта в скалярно -векторном описании.The sound signal from the noisy object is received by the combined receiver 1, from the output of which the signal goes to the input of the 4-channel bandpass filter 2 and then to the input of the 4-channel analog-to-digital converter 3. From the output of the analog-to-digital converter 3, the signals are transmitted in digital form to the input of the spectrum analyzer 4, in which the current FFT spectra of sound pressure p (ω) = p 1 (ω) + ip 2 (ω) and the three components of the pressure gradient vector g (ω) = g 1 (ω) + ig are found on the basis of the FFT 2 (ω). The signals from the output of the spectrum analyzer 4 are fed to the input of the spectrum shaper 5 of the total signal plus interference (S + N) process for a full set of informative parameters, the number of which is 16, characterizing the sound field of a noisy object in a scalar-vector description.

А1=р2, А2=I1x, А3=I1y, A4=I1z, А5=I2x, А6=I2y, А7=I2z, A8=rotxI, A9=rotyI, A10=rotzI, A11=g1x 2, A12=g1y 2, A13=g1z 2, A14=g2x 2, A15=g2y 2, A16=g2z 2, где I=I1+I2 - комплексный вектор интенсивности, компоненты которого находятся по хорошо известным формулам (Щуров В.А. Векторная акустика океана. Владивосток: Дальнаука, 2003. с. 14-25.) через компоненты комплексного звукового давления и компоненты комплексного вектора градиента давления. Сигналы с первого выхода формирователя 5 спектра суммарного процесса S+N для полного набора информативных параметров поступают на вход формирователя 6 спектра помехи N для полного набора информативных параметров в соответствии с алгоритмом усреднения спектра суммарного процесса S+N окном ХэммингаA 1 = p 2 , A 2 = I 1x , A 3 = I 1y , A 4 = I 1z , A 5 = I 2x , A 6 = I 2y , A 7 = I 2z , A 8 = rot x I, A 9 = rot y I, A 10 = rot z I, A 11 = g 1x 2 , A 12 = g 1y 2 , A 13 = g 1z 2 , A 14 = g 2x 2 , A 15 = g 2y 2 , A 16 = g 2z 2 , where I = I 1 + I 2 is the complex intensity vector whose components are found according to well-known formulas (Shchurov V.A. Vector Ocean Acoustics. Vladivostok: Dalnauka, 2003. pp. 14-25.) through the components integrated sound pressure and components of a complex pressure gradient vector. The signals from the first output of the spectrum shaper 5 of the total process S + N for a complete set of informative parameters are fed to the input of the shaper 6 of the interference spectrum N for a full set of informative parameters in accordance with the algorithm for averaging the spectrum of the total process S + N by the Hamming window

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

где 2Δƒ0 - ширина окна Хэмминга, ƒ0 - средняя частота дискретной составляющей вально-лопастного звукоряда, Δƒ0 - варьируемый параметр, примерно на порядок превышающий ширину дискретной составляющей Δƒ в спектре суммарного процесса (сигнал плюс шум).where 2Δƒ 0 is the width of the Hamming window, ƒ 0 is the average frequency of the discrete component of the shaft-blade scale, Δƒ 0 is a variable parameter that is approximately an order of magnitude larger than the width of the discrete component Δƒ in the spectrum of the total process (signal plus noise).

С выхода формирователя 6 спектра помехи N и второго выхода формирователя 5 спектра суммарного процесса S+N сигналы поступают на вход формирователя 7 отношения сигнал - помеха (S/N) по всем информативным параметрам. Сформированные в блоке 7 отношения S/N по всем информативным параметрам поступают в компаратор 8, выбирающий спектральную составляющую, которой соответствует максимальное отношение S/N, увеличивая тем самым помехоустойчивость приемной системы и вероятность правильного обнаружения спектральных составляющих на фоне помехи. Повышенная вероятность правильного определения полного набора дискретных составляющих вально-лопастного звукоряда позволяет определить по сонограмме, построенной на выходе компаратора, инвариант интерференционной структуры. С выхода компаратора 8 сигналы поступают в блок 9 выделения ряда гармоник fmax(nК), которым соответствуют максимальные отношения S/N, и которые принимаются за лопастные частоты fл(К), fл(2К), fл(3К), и т.д., а минимальную из них принимают за первую лопастную частоту fл(К). Со второго выхода компаратора 8 сигналы поступают в блок 10 выделения разностных частот f(nК)-f(nК-1), а минимальную разностную частоту f(nК)-f(nК-1), принимают за первую вальную частоту f1=f(nК)-f(nК-1), n=1, 2, 3 и т.д.. С выхода блока 9 выделения первой лопастной частоты и блока 10 выделения первой вальной частоты сигналы поступают в блок 11 определения скорости движения шумящего объекта. В этом блоке определяют число оборотов в минуту гребного вала N1=60f1 и значение числа лопастей винта по формуле К=fл/f1, определяют калибровочный коэффициент M=(v/N1K)изв, где v - скорость известного объекта, N1, K - число оборотов в минуту на валу и число лопастей винта известного объекта, определяют скорость шумящего объекта по формуле v=MN1K, где N1, K - число оборотов в минуту на валу и число лопастей винта шумящего объекта. С выхода блока 11, со второго выхода блока 5, с третьего выхода блока 8 и со второго выхода блока 10 сигналы поступают в блок 12 классификации и определения координат и параметров движения цели. В этом блоке по измеренной в блоке 11 скорости движения шумящего объекта, по измеренным в блоке 5 компонентам вектора интенсивности, по измеренной в блоке 10 первой вальной частоте и по измеренному в блоке 8 инварианту определяют текущий пеленг на шумящий объект и текущую дистанцию по формулам (1)-(2).From the output of the shaper 6 of the interference spectrum N and the second output of the shaper 5 of the spectrum of the total process S + N, the signals are fed to the input of the shaper 7 of the signal-to-noise ratio (S / N) for all informative parameters. Formed in block 7, the S / N ratios for all informative parameters go to the comparator 8, which selects the spectral component, which corresponds to the maximum S / N ratio, thereby increasing the noise immunity of the receiving system and the probability of correct detection of spectral components against the background of interference. The increased probability of the correct determination of the complete set of discrete components of the shaft-blade scale makes it possible to determine the invariant of the interference structure from the sonogram built at the output of the comparator. From the output of comparator 8, the signals are sent to block 9 for extracting a number of harmonics f max (nК), which correspond to the maximum S / N ratios, and which are taken as blade frequencies f l (K), f l (2K), f l (3K), etc., and the minimum of them is taken as the first blade frequency f l (K). From the second output of the comparator 8, the signals are sent to the differential frequency separation unit 10 f (nK) -f (nK-1), and the minimum difference frequency f (nK) -f (nK-1) is taken as the first shaft frequency f 1 = f (nK) -f (nK-1), n = 1, 2, 3, etc. .. From the output of block 9 for extracting the first blade frequency and block 10 for extracting the first shaft frequency, the signals are sent to block 11 for determining the speed of a noisy object. In this block, the number of revolutions per minute of the propeller shaft N 1 = 60f 1 and the value of the number of propeller blades are determined by the formula K = f l / f 1 , the calibration coefficient M = (v / N 1 K) izv is determined, where v is the speed of a known object , N 1 , K is the number of revolutions per minute on the shaft and the number of rotor blades of a known object, determine the speed of a noisy object using the formula v = MN 1 K, where N 1 , K is the number of revolutions per minute on a shaft and the number of rotor blades of a noisy object. From the output of block 11, from the second output of block 5, from the third output of block 8 and from the second output of block 10, the signals arrive at block 12 for classifying and determining the coordinates and parameters of the target’s movement. In this block, the speed of the noisy object measured in block 11, the intensity vector components measured in block 5, the first shaft frequency measured in block 10, and the invariant measured in block 8 determine the current bearing to the noisy object and the current distance using the formulas (1 ) - (2).

3D сонограмма звукового поля шумящего в море объекта в координатах частота - время наблюдения объекта - отношение S/N на выходе компаратора показана на фиг. 2, на которой изображены изолинии равной интенсивности, сформированные на множестве дискретных составляющих вально-лопастного звукоряда. В случае, если звуковое поле сформировано шумами обтекания звукового диапазона или дискретными составляющими надводного судна, инвариант принимает положительные значения. В этом случае изолинии равной интенсивности на сонограмме вогнуты подошвой вниз в точке траверза. В случае, если звуковое поле сформировано дискретными составляющими подводного объекта, которые хорошо возбуждают пограничные волны на границе раздела вода - морское дно, инвариант принимает отрицательные значения. В этом случае изолинии равной интенсивности на сонограмме выгнуты подошвой вверх в точке траверза, как изображено на фиг. 2. Для использования этой особенности интерференционной структуры звукового поля инфразвукового диапазона определяют на сонограмме, построенной на выходе компаратора, значение инварианта по формуле (1), и если инвариант принимает отрицательные значения, классифицируют шумящий объект как подводный объект.A 3D sonogram of the sound field of an object noisy in the sea in coordinates of frequency — object observation time — S / N ratio at the output of the comparator is shown in FIG. 2, which shows contours of equal intensity formed on a plurality of discrete components of a shaft-blade scale. If the sound field is formed by the noise flowing around the sound range or discrete components of the surface vessel, the invariant takes positive values. In this case, contours of equal intensity in the sonogram are concave with the sole downward at the point of the beam. If the sound field is formed by discrete components of the underwater object, which well excite boundary waves at the water-seabed interface, the invariant takes negative values. In this case, contours of equal intensity in the sonogram are curved upside down at the point of the beam, as shown in FIG. 2. To use this feature of the interference structure of the sound field of the infrasonic range, the value of the invariant is determined on the sonogram constructed at the output of the comparator according to formula (1), and if the invariant takes negative values, the noisy object is classified as an underwater object.

На фиг. 3 представлена геометрия движения шумящего объекта относительно комбинированного приемника. На чертеже изображены донный комбинированный приемник (КП) с локальной системой координат (x,y,z), траектория движения шумящего объекта (ШО), на которой отмечена точка траверза tтр, текущая дистанция до шумящего объекта D(t) и текущий пеленг на шумящий объект ϕ(t).In FIG. 3 shows the motion geometry of a noisy object relative to a combined receiver. The drawing shows the bottom combined receiver (KP) with a local coordinate system (x, y, z), the trajectory of the noise of the object (SHO), on which the traverse point t tr , the current distance to the noise object D (t) and the current bearing to noisy object ϕ (t).

Claims (7)

Способ классификации, определения координат и параметров движения шумящего в море объекта в инфразвуковом диапазоне частот, включающий прием гидроакустического шумового сигнала гидроакустической приемной антенной, сопровождение шумящего объекта, спектральный анализ сигнала в широкой полосе частот, измерение взаимного спектра между гидроакустическими шумовыми сигналами, принятыми гидроакустической приемной антенной, накопление взаимных спектров, и классификацию шумящего объекта, отличающийся тем, что в качестве гидроакустической приемной антенны используют скалярно-векторный комбинированный приемник градиента давления, формируют спектры суммарного процесса сигнал плюс помеха S+N для полного набора 16 информативных параметров, характеризующих звуковое поле, формируют спектры помехи N для полного набора 16 информативных параметров, формируют отношение сигнал-помеха (S/N) для полного набора 16 информативных параметров, выбирают в компараторе дискретные составляющие, которым соответствуют максимальные значения отношения S/N из 16 возможных, определяют на сонограмме, построенной на выходе компаратора, гармонический ряд лопастных частот fmax(nК), n=1, 2, 3 и т.д., К - предполагаемое число лопастей винта, которым соответствуют максимальные значения отношения S/N, а минимальную из них принимают за первую лопастную частоту fл(К), находят в спектре сигнала на выходе компаратора минимальную разностную частоту f(nК)-f(nК-1), которую принимают за первую вальную частоту f1=f(nК)-f(nК-1), n=1, 2, 3 и т.д., определяют значение числа лопастей винта К по формуле К=fл/ f1, определяют число оборотов в минуту гребного вала N1=60f1, определяют калибровочный коэффициент M=(v/N1K)изв, где v - скорость известного объекта, N1, K - число оборотов в минуту на валу и число лопастей винта известного объекта, определяют скорость шумящего объекта по формуле v=MN1K, где N1, K - число оборотов в минуту гребного вала и число лопастей винта шумящего объекта соответственно, определяют по сонограмме, построенной на выходе компаратора, значение инварианта по формулеA method for classifying, determining the coordinates and parameters of the movement of a noisy object in the sea in the infrasonic frequency range, including receiving a hydroacoustic noise signal with a hydroacoustic receiving antenna, tracking a noisy object, spectral analysis of a signal in a wide frequency band, measuring the mutual spectrum between hydroacoustic noise signals received by a hydroacoustic receiving antenna , the accumulation of mutual spectra, and the classification of a noisy object, characterized in that as a hydroacoustic the receiving antenna uses a scalar-vector combined receiver of the pressure gradient, forms the spectra of the total signal plus interference S + N process for a complete set of 16 informative parameters characterizing the sound field, generates interference spectra N for a complete set of 16 informative parameters, forms a signal-to-noise ratio (S / N) for a complete set of 16 informative parameters, select the discrete components in the comparator, which correspond to the maximum values of the S / N ratio out of 16 possible, are determined on the sonogram, p Structures on the comparator output, the harmonic series of the rotary frequency f max (nThe), n = 1, 2, 3, etc., K - estimated number of rotor blades, which correspond to maximum values of the S / N ratio and the minimum one is taken as the first blade frequency f l (K), find in the spectrum of the signal at the output of the comparator the minimum difference frequency f (nK) -f (nK-1), which is taken as the first shaft frequency f 1 = f (nK) -f (nK-1 ), n = 1, 2, 3, etc., determine the value of the number of rotor blades by the formula K = f n / f 1 determines the rPM of the propeller shaft 1 n 1 = 60f determine ka ibrovochny coefficient M = (v / N 1 K) keV, where v - rate of the known object, N 1, K - number of revolutions per minute on a shaft and the number of propeller blades known object is determined speed noisy object by the formula v = MN 1 K, where N 1 , K is the number of revolutions per minute of the propeller shaft and the number of rotor blades of the noisy object, respectively, is determined by the sonogram built at the output of the comparator, the value of the invariant by the formula
Figure 00000006
Figure 00000006
 где f - текущее значение частоты максимума спектральной плотности мощности на сонограмме, построенной на выходе компаратора, Δf=f1 - изменение частоты максимума при движении шумящего объекта, t - текущее значение времени сопровождения шумящего объекта, tтр - момент времени, соответствующий траверзу, Δt изменение времени, соответствующее изменению частоты максимума спектральной плотности мощности на сонограмме на величину Δf=f1, и, если инвариант принимает отрицательные значения, классифицируют шумящий объект как подводный объект, измеряют величины приращения компонент вектора интенсивности ΔIx, ΔIy по формуламwhere f is the current value of the frequency frequency maximum of the power spectral density in the sonogram constructed at the output of the comparator, Δf = f 1 is the change in the frequency of the maximum during the movement of a noisy object, t is the current value of the tracking time of the noise object, t tr is the time moment corresponding to the traverse, Δt a change in time corresponding to a change in the frequency of the maximum spectral power density in the sonogram by Δf = f 1 , and if the invariant takes negative values, classify the noisy object as an underwater object, measure the increment of the components of the intensity vector ΔI x , ΔI y according to the formulas ΔIx=Ix(t-tтр+Δt)-Ix(t-tтр), ΔIy=Iy(t-tтр+Δt)-Iy(t-tтр),ΔI x = I x (tt tr + Δt) -I x (tt tr ), ΔI y = I y (tt tr + Δt) -I y (tt tr ), определяют текущие значения дистанции до шумящего объекта D(t) и пеленга на шумящий объект ϕ(t) по формуламdetermine the current values of the distance to the noisy object D (t) and the bearing to the noisy object ϕ (t) according to the formulas
Figure 00000007
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000008
RU2019130750A 2019-09-26 2019-09-26 Method of classification, determination of coordinates and parameters of movement of a noisy object in the infrasound frequency range RU2718144C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130750A RU2718144C1 (en) 2019-09-26 2019-09-26 Method of classification, determination of coordinates and parameters of movement of a noisy object in the infrasound frequency range

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130750A RU2718144C1 (en) 2019-09-26 2019-09-26 Method of classification, determination of coordinates and parameters of movement of a noisy object in the infrasound frequency range

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2718144C1 true RU2718144C1 (en) 2020-03-30

Family

ID=70156581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019130750A RU2718144C1 (en) 2019-09-26 2019-09-26 Method of classification, determination of coordinates and parameters of movement of a noisy object in the infrasound frequency range

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2718144C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2739000C1 (en) * 2020-06-15 2020-12-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Hydroacoustic system for detecting a moving underwater sound source, measurement of bearing on sound source and horizon of sound source in shallow sea
RU2740169C1 (en) * 2020-07-23 2021-01-12 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of determining coordinates of a marine noisy target
RU2760912C1 (en) * 2021-04-27 2021-12-01 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for determining the class of a noisy marine object
CN117690451A (en) * 2024-01-29 2024-03-12 杭州爱华仪器有限公司 Neural network noise source classification method and device based on ensemble learning
RU2824054C1 (en) * 2023-10-18 2024-08-01 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of classification of hydroacoustic signals of noise emission of marine object

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4200871A (en) * 1977-06-29 1980-04-29 Sperry Corporation Acquisition system for continuous-wave frequency modulation object detector
RU2550576C1 (en) * 2014-01-30 2015-05-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method to measure distance to noisy object
RU2570430C1 (en) * 2014-10-13 2015-12-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of classifying noisy objects
RU2581719C2 (en) * 2013-10-14 2016-04-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Method of estimating number of propeller blades of noisy object at sea
RU2590933C1 (en) * 2015-04-27 2016-07-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Device for obtaining information on noisy object in sea
RU2602732C1 (en) * 2015-06-25 2016-11-20 Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea
RU2603886C1 (en) * 2015-08-25 2016-12-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of sea object sonar noise emission signals classifying

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4200871A (en) * 1977-06-29 1980-04-29 Sperry Corporation Acquisition system for continuous-wave frequency modulation object detector
RU2581719C2 (en) * 2013-10-14 2016-04-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Method of estimating number of propeller blades of noisy object at sea
RU2550576C1 (en) * 2014-01-30 2015-05-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method to measure distance to noisy object
RU2570430C1 (en) * 2014-10-13 2015-12-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of classifying noisy objects
RU2590933C1 (en) * 2015-04-27 2016-07-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Device for obtaining information on noisy object in sea
RU2602732C1 (en) * 2015-06-25 2016-11-20 Акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" Method for passive determination of coordinates of noisy object in the sea
RU2603886C1 (en) * 2015-08-25 2016-12-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of sea object sonar noise emission signals classifying

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2739000C1 (en) * 2020-06-15 2020-12-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Hydroacoustic system for detecting a moving underwater sound source, measurement of bearing on sound source and horizon of sound source in shallow sea
RU2740169C1 (en) * 2020-07-23 2021-01-12 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of determining coordinates of a marine noisy target
RU2760912C1 (en) * 2021-04-27 2021-12-01 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for determining the class of a noisy marine object
RU2824054C1 (en) * 2023-10-18 2024-08-01 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of classification of hydroacoustic signals of noise emission of marine object
CN117690451A (en) * 2024-01-29 2024-03-12 杭州爱华仪器有限公司 Neural network noise source classification method and device based on ensemble learning
CN117690451B (en) * 2024-01-29 2024-04-16 杭州爱华仪器有限公司 Neural network noise source classification method and device based on ensemble learning

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2718144C1 (en) Method of classification, determination of coordinates and parameters of movement of a noisy object in the infrasound frequency range
CN102508219B (en) Turbulent current target detection method of wind profiler radar
RU2590933C1 (en) Device for obtaining information on noisy object in sea
JP6415288B2 (en) Radar equipment
RU2488133C1 (en) Hydroacoustic complex to detect moving source of sound, to measure azimuthal angle to source and horizon of source of sound in shallow sea
RU2711406C1 (en) Method of classification of hydro acoustic signals of marine objects noise emission
US20120245863A1 (en) Instrument and method for processing a doppler measurement signal
US9547084B2 (en) Method and device for classifying watercraft
RU2653585C1 (en) Method of detecting the noise-producing, moving in the sea objects
RU2739000C1 (en) Hydroacoustic system for detecting a moving underwater sound source, measurement of bearing on sound source and horizon of sound source in shallow sea
RU2654365C1 (en) Device for obtaining information on noisy object in sea
CN114757241B (en) Doppler parameter coupling line extraction method
RU2681526C1 (en) Method for determining noisy target class and distance thereto
Pradhan et al. Ship detection using Neyman-Pearson criterion in marine environment
RU2465618C1 (en) Automatic classification system of short-range hydrolocator
RU2724962C1 (en) Method of determining coordinates of a marine noisy target
RU2689968C1 (en) Method of classification of marine objects in a typical sound locating station
RU2713989C1 (en) Method of estimating the number of propeller blades of a noisy object in sea
JPH10206523A (en) Target detector
JP5595238B2 (en) Radar equipment
RU2733938C1 (en) Hydroacoustic information displaying method
CN109766946B (en) Autonomous underwater vehicle navigation data analysis method based on complex network construction
RU2699923C1 (en) Method for detection of underwater source of broadband noise
RU2795375C1 (en) Hydroacoustic complex for detecting a moving underwater sound source, measuring the bearing to the sound source and the horizon of the sound source in the shallow sea in the infrasonic frequency range
RU2650830C1 (en) Device for obtaining information on noisy object in sea